(57)【要約】【課題】膨張器によってＭＲＩ低温槽に伝達される振動を低減する設計を提供する。【解決手段】コンパクトな設計、低振動、及び、低熱損失を有する二段パルス管冷凍機が提供され、そこでは、少なくとも第二段は同軸であるが、第二段パルス管が中央にあり且つ第一段パルス管が第二段パルス管と第一段再生器との間の環状空間を占める状態で、双方の段が同軸であるのが好ましい。パルス管及び再生器内の異なる温度プロファイルに関連する対流損失は、再生器内の１つ又はそれ以上のスペーサ、ガス通路接続との物理的長さの差、直流フローの調節、及び、熱逃げ道によって、パルス管内の熱パターンを再生器に対してシフトすることによって最小限化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温槽のネック管の内部に取り付けられ、前記低温槽はヘリウム、水素、及び、ネオンの１つの蒸気を前記ネック内に有する、多段のパルス管膨張器であって、当該パルス管膨張器は、同軸である第一段を少なくとも有し、且つ、冷端部に再凝縮面を有する、パルス管膨張器。
【請求項２】
双方とも同軸である二段階を有する、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項３】
第二段は同軸であり、且つ、第一段は離間した平行な管を有する、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項４】
少なくとも第一段は前記低温槽内の熱遮蔽板に熱結合されている、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項５】
前記同軸パルス管は常に圧縮状態にある、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項６】
双方の同軸パルス管が常に圧縮状態にある、請求項２に記載のパルス管膨張器。
【請求項７】
前記再生器内の１つ又はそれ以上のスペーサ、ガス通路接続との物理的長さの差、直流フローの調節、及び、熱逃げ道によって、前記パルス管内の熱パターンが前記再生器に対してシフトされる、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項８】
前記同軸段階は、前記パルス管の外側に前記再生器を有する、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項９】
前記同軸第二段は、前記パルス管の外側に前記再生器を有し、前記同軸第一段は、第一段パルス管の中心に第二段パルス管を有し、前記第一段再生器は外側にある、請求項２に記載のパルス管膨張器。
【請求項１０】
前記パルス管は、前記ネック管から取り外し可能である、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項１１】
前記同軸パルス管は、前記ネック管に取り外し可能に係合されている、請求項２に記載のパルス管膨張器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲＩ（磁気共鳴画像）磁石中のヘリウムの再圧縮に適用されるＧｉｆｆｏｒｄ  ＭｃＭａｈｏｎ（ＧＭ）型パルス管冷凍機に関する。ＧＭ型冷凍機は、膨張器にガスをほぼ一定の高圧で供給し且つほぼ一定の低圧で受け取る圧縮器を用いる。膨張器にガスを交互に出し入れするバルブ機構の故に、膨張器は圧縮器に比べ低速で動作する。米国特許第３，１１９，２３７号において、Ｇｉｆｆｏｒｄは圧縮空気駆動を備えるＧＭ膨張器の１つの形式を記載する。膨張器は１〜２Ｈｚで動作し得るので、ＧＭサイクルは約２０Ｋ未満の小型の冷却を生成する最良の手段であることが分かっている。
【背景技術】
【０００２】
パルス管冷凍機は最初にＧｉｆｆｏｒｄによって米国特許第３，２３７，４２１号で記載されている。それは再生器の温端部に接続された初期ＧＭ冷凍機のような一組のバルブを示し、次いで再生器はパルス管の冷端部に接続されている。１９６０年代半ばのパルス管冷凍機を用いた初期製作物が、Ｒ．Ｃ．Ｌｏｎｇｗｏｒｔｈによる学術論文「Ｅａｒｌｙ  ｐｕｌｓｅ  ｔｕｂｅ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ」（Ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｓ  ９，１９９７，第２６１〜２６８頁）に記載されている。一段階、二段階、内部位相を備える四段階、及び、同軸設計が研究された。全ては閉鎖パルス管温端部を有し、同軸設計以外は再生器から分離されたパルス管を有した。極低温がこれらの初期パルス管を用いて達成されたが、ＧＭ型冷凍機と競うには効率が不十分であった。Ｌｏｎｇｗｏｒｔｈによる米国特許第４，６０６，２０１号は、変位器を制御するよう、オリフィスを通じてバッファ容積との間を往復して流れるガスを用いる、ＧＭ型膨張器のための異なる種類の空気圧縮駆動を記載する。
【０００３】
顕著な改良がＥ．Ｉ．Ｍｉｋｕｌｉｎ、Ａ．Ａ．  Ｔａｒａｓｏｗ、及び、Ｍ．Ｐ．Ｓｈｋｒｅｂｙｏｎｏｃｋによって「Ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ（ｏｒｉｆｉｃｅ  ｔｙｐｅ）ｐｕｌｓｅ  ｔｕｂｅ」（Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．２９，１９８４，第６２９〜６３７頁）において１９８４年に報告され、さらなる改良を探すことに多くの関心が後続した。この初期的改良は、オリフィスと、各サイクルにより多くの冷却を生成するよう、パルス管内の「ガスピストン」の動作を制御するために、パルス管の温端部に接続されたバッファ容積とを用いた。事実上、米国特許第４，６０６，２０１号において、ガスピストンは変位器と呼ばれることの多い固形ピストンを置換した。後続の製作物は、ガスピストンの制御を向上する手段及びパルス管膨張器の構造を改良する手段の双方に焦点を絞った。Ｓ．Ｚｈｕ及びＰ．Ｗｕによる「Ｄｏｕｂｌｅ  ｉｎｌｅｔ  ｔｕｂｅ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒｓ：  ａｎ  ｉｍｐｏｒｔａｎｔ  ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ」（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ，ｖｏｌ．３０，１９９０，第５１４頁）は、ガスピストンを制御する二重オリフィス手段を記載する。
【０００４】
Ｇａｏの米国特許第６，２５６，９９８号は、４Ｋで良好に働く二段パルス管におけるガスピストンの制御手段を記載する。米国特許第５，１０７，６８３号において、Ｃｈａｎ  ｅｔ  ａｌ．は、第二段熱ステーションから周囲環境へのパルス管の第二段の延出を記載する。この着想は、二段４Ｋパルス管のために良好に動作することが分かったＪ．Ｌ．Ｇａｏ及びＹ．Ｍａｔｓｕｂａｒａの「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ４Ｋ  ｐｕｌｓｅ  ｔｕｂｅ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ」（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ  １９９４  Ｖｏｌ．３４，第２５頁）によって研究された幾つかの構造の１つである。研究された構造は全て再生器と別個のパルス管を有した。
【０００５】
単一のオリフィス制御を備えた同軸パルス管がＲ．Ｎ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎの「Ｐｕｌｓｅ  ｔｕｂｅ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ−ａｎ  ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ？」（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ，１９８６，２６（６）：第３３１〜３４０頁）によって１９８６年に報告された。日本国特開平第７−２６０３６９号において、Ｉｎｏｕｅ  ｅｔ  ａｌ．は、再生器及びパルス管が同軸の二段パルス管を記載する。この設計は、第一段及び第二段再生器によって囲繞された、第二段熱ステーションから周囲環境に延びる二段パルス管を中心に有する。第一段パルス管は、第一段再生器の外側上で同軸環状容積である。この特許の中心的特徴は、パルス管内の温度プロフィールを再生器内の温度プロフィールと等しくするのを助けるよう、パルス管内部に熱交換器を配置することである。パルス管が再生器から分離され、且つ、パルス管が真空によって囲繞されているときには、パルス管と再生器との間の温度差は問題ではない。しかしながら、従来的なパルス管がＭＲＩ低温槽のネック管内のヘリウム環境に取り付けられているとき、温度差は対流熱損失を招く。
【０００６】
同軸パルス管の温度差に関連する損失は、Ｌ．Ｗ．Ｙａｎｇ、Ｊ．Ｔ．Ｌｉａｎｇ、Ｙ．Ｚｈｏｕ、及び、Ｊ．Ｊ．Ｗａｎｇの「Ｒｅｓｅｒｃｈ  ｏｆ  ｔｗｏ−ｓｔａｇｅ  ｃｏ−ａｘｉａｌ  ｐｕｌｓｅ  ｔｕｂｅ  ｃｏｏｌｅｒｓ  ｄｒｉｖｅｎ  ｂｙ  ａ  ｖａｌｖｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ」（Ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｓ  １０、１９９９，第２３３〜２３８頁、並びに、Ｋ．Ｙｕａｎ、Ｊ．Ｔ．Ｌｉａｎｇ、及び、Ｙ．Ｌ．Ｊｕの「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｇ−Ｍ  ｔｙｐｅ  ｃｏ−ａｘｉａｌ  ｐｕｌｓｅ  ｔｕｂｅ  ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ」（ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｓ  １２，２００１，第３１７〜３２３頁）によって研究された。第一に、彼らはパルス管周囲の環状空間内の再生器によって囲繞されたパルス管を中心に有するのが最良であることを見い出した。多くのサイクルに亘って温ガスをパルス管にもたらす直流(“dc”  flow)を重ね合わせることによって、損失は最小限化された。彼らは、真空中で動作しているとき、外部二段パルス管が同軸二段よりも効率的であることを見い出した。
【０００７】
米国特許第５，６１３，３６５号において、Ｍａｓｔｒｕｐ  ｅｔ  ａｌ．は、中心パルス管が低熱伝導性材料から成る厚壁を有する単一段同心（同軸）スターリングサイクルパルス管を記載し、低熱電性材料は外側上の環状再生器からの高度の絶縁をもたらす。この考えはＲａｔｔａｙ  ｅｔ  ａｌ．によって米国特許第５，６８０，７６８号に拡大され、そこでは、囲繞真空がパルス管壁と再生器内壁との間の間隙に延びる。
【０００８】
パルス管の壁を絶縁する他の手段がＭｉｃｈｅｌｌによる米国特許第６，６１９，０４６号に記載されている。単一段同軸パルス管における冷端部熱交換器の利点が、Ｃｈｒｙｓｌｅｒ  ｅｔ  ａｌ．の米国特許第５，３０３，５５５号において引用され、且つ、Ｋｉｍ  ｅｔ  ａｌ．の米国特許第６，４８４，５１５号によって引用されている。
【０００９】
ＭＲＩ磁石内でヘリウムを再凝縮することに関連する問題は、Ｌｏｎｇｗｏｒｔｈによって米国特許第４，６０６，２０１号において対処された。１０Ｋの最低温度を有する二段ＧＭ膨張器は、４Ｋで冷却を生成するＪＴ熱交換器内のガスを予冷却する。ＪＴ熱交換器及び膨張器の双方の温度が温端部と冷端部との間で漸進的に低くなるよう、ＪＴ熱交換器はＧＭ膨張器に巻回されている。膨張器組立体はＭＲＩ磁石のネック管内に取り付けられ、そこでは、冷端部が下の状態で直交して向けられている故に、それは熱的に層状化されたヘリウムガスによって囲繞されている。４Ｋ熱ステーションはヘリウムを再凝縮するための延長面を有する。約６０Ｋ及び約１５Ｋ温度にある２つの熱ステーションで、冷凍はＭＲＩ低温槽内の冷却遮蔽板に伝達される。合わせ円錐熱ステーション及びネック管内のベローズは、温フランジがボルト締めされ且つ面型「Ｏ」リングで封止されるときに、両方の熱ステーションが係合することを可能にする。
【００１０】
Ｌｏｎｇｗｏｒｔｈの米国特許第４，４８４，４５８号は、直線的な熱ステーションと、温フランジにおける径方向型Ｏリング封止とを有する同心ＧＭ／ＪＴ膨張器を以前に記載した。これは膨張器を軸方向に移動し、ネック管熱ステーションに対する膨張器熱ステーションの所望位置を構築することを許容する。
【００１１】
パルス管技術及びＭＲＩ低温槽の進歩は、単一遮蔽板を約４０Ｋで冷却し、且つ、ヘリウムを約４Ｋで再凝縮するために、二段パルス管を用いることを可能にする。二段パルス管膨張器は二段ＧＭ膨張器よりも好適である。何故ならば、それらは振動の発生がより少なく、よって、ＭＲＩ信号内でのノイズの発生がより少ないからである。従来設計のパルス管が再生器と平行な状態でＭＲＩ磁石のネック管に挿入されるとき、パルス管と再生器との間の温度差に起因して、ネック管内のヘリウムガスがそれらの間で循環することが分かった。これは重大な冷凍損失を招く。
【００１２】
Ｓｔａｕｔｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．のＰＣＴ特許出願（国際公開）第ＷＯ０３／０３６２０７Ａ２号は、従来的な二段４Ｋパルス管に関する問題を説明し、パルス管組立体を囲繞し、且つ、パルス管の周囲に詰め込まれた絶縁材を有するスリーブの形態の解決策を提供する。スリーブは、約４０Ｋの熱ステーションと、冷端部にある再凝縮器とを有し、保守のためにスリーブをネック管から容易に取り外し得る。
【００１３】
Ｄａｎｉｅｌ  ｅｔ  ａｌ．のＰＣＴ特許出願（国際公開）第ＷＯ０３／０３６１９０Ａ１号は、ＭＲＩネック管内の従来的な二段４Ｋパルス管の対流損失の問題に対する別の解決策を提供する。パルス管の周囲の絶縁スリーブ及び再生器は、パルス管がＭＲＩネック管内のヘリウムガス内に取り付けられるときの対流損失を減少する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の１つの目的は、膨張器によってＭＲＩ低温槽に伝達される振動を低減する設計を提供することである。
【００１５】
保守のためにパルス管膨張器を容易に取り外す方法を提供することが本発明の目的である。
【００１６】
従来的な平行管設計よりもコンパクトな同軸設計を提供することが本発明の目的である。
【００１７】
パルス管と再生器との間の熱伝達に起因する対流を排除する方法を提供することが本発明の目的である。
【００１８】
同軸パルス管の設計を最善化する方法を提供することが本発明のさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
従来的な二段パルス管冷凍機はパルス管と再生器とを別個の平行な管で有する。ＭＲＩ低温槽のネック管内に取り付けられるとき、ネック管内のヘリウムは、パルス管と再生器との間の温度差の故の対流に起因して熱損失を招く。本発明は、再生器をパルス管の周囲の環状空間に同軸にすることによって対流損失を排除する新規な方法を開示する。少なくとも第二段は同軸であるが、第二段パルス管が中心にあり、且つ、第一段パルス管が第二段パルス管と第一段再生器との間の環状空間を占める状態で、両方の段階が同軸であるのが好ましい。パルス管と再生器との間の熱損失を最小限化する手段も開示される。
【００２０】
本発明は、パルス管と再生器との間の熱損失を最小限化するために、新規手段と同軸である少なくとも一段階を有する二段階パルス管を使用することによって、パルス管及び再生器における異なる温度プロフィールに関連する対流損失を排除する。主用途は二段階ＧＭ型パルス管によるＭＲＩ低温槽内のヘリウムの再凝縮であることが想定されるが、高温超伝導（ＨＴＳ）磁石のために設計される低温槽内の水素及びネオンの再凝縮にも適用し得る。より高温で、パルス管を圧縮器に直接的に接続させ、スターリング循環モードでより高速で動作させることも実用的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、二段階パルス管が液体ヘリウム冷却ＭＲＩ磁石のネック管内に取り付けられているところの熱損失を最小限化する手段を提供する。図１に示されるように、同軸パルス管はネック管内に挿入され、そこでは、それは、頂点の約２９０Ｋから底点の４Ｋへの室温からの温度勾配を有するガス状ヘリウムによって囲繞されている。パルス管膨張器は、磁石低温槽内の遮蔽板を冷却するために用いられる約４０Ｋの第一段熱ステーションと、第二段にあるヘリウム再凝縮器とを有する。
【００２２】
ネック管内にパルス管膨張器を有することは、保守のためにそれを取り外す容易な方法を提供する。この同軸設計は従来的な平行管設計よりもコンパクトであり、よって、ネック管はより小さな直径を有し、パルス管と再生器との間の熱伝達に起因する対流損失は排除される。
【００２３】
図１を参照すると、ＭＲＩ低温槽は、ネック管６１によって内部容器６５に接続された外部ハウジング６０から成る。容器６５は液体ヘリウム及び超伝導ＭＲＩ磁石を収容し、真空６３によって囲繞されている。ガス状ヘリウム６２がネック管を充填している。従来的なＭＲＩ低温槽は、同軸パルス管膨張器１００の第一段によるネック管熱ステーション６８を通じて約４０Ｋに冷却される放射遮蔽板６４を有する。
【００２４】
膨張器１００は、第一段再生器３によって囲繞され、且つ、温フランジ５１から第一段熱ステーション９に延びる第一段パルス管１と、第一段熱ステーション９の下方で第二段再生器４によって囲繞され、且つ、第一段熱ステーション９の上方で第一段パルス管１によって囲繞された第二段パルス管２と、第二段パルス管２の冷端部にあるヘリウム再凝縮器１０と、パルス管２の冷端部及び温端部にそれぞれあるフロースムーザ６，８と、パルス管１の冷端部及び温端部にそれぞれあるフロースムーザ５，７と、第一段再生器３、第一段パルス管１、及び、第二段パルス管２に接続するバルブ／オリフィス／バッファ容積組立体５０内のガスポート２３とから成る。
【００２５】
組立体５０は、スターリング型圧縮器に接続された単一のガス線、又は、ＧＭ型圧縮器への接続のための２つのガス線を含み得る。熱ステーション９は、ネック管６１内の類似形状の受口と結合する円錐形状であるように示されている。径方向型「Ｏ」リング５２は、パルス管１００が、パルス管熱ステーション９がネック管熱ステーション６８と熱的に係合するまでネック管６１内に挿入されるのを可能にしている。軸方向伝導損失を最小限化するために、パルス管１，２と、再生器３，４のためのシェルとを薄壁ステンレス鋼管で構成するのが典型的である。後続図面に関連して他の選択肢を議論する。
【００２６】
図２は二段パルス管１０１の概略図であり、そこでは、第二段パルス管２及び第二段再生器４は同軸であるが、第一段パルス管１及び第一段再生器３は、パルス管及び再生器が別個で且つ平行な状態で、従来的に配置されている。Ｓ．Ｚｈｕ及びＰ．Ｗｕの「Ｄｏｕｂｌｅ  ｉｎｌｅｔ  ｐｕｌｓｅ  ｔｕｂｅ  ｒｅｇｒｉｇｅｒａｔｏｒｓ：  ａｎ  ｉｍｐｏｒｔａｎｔ  ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ」（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ，  ｖｏｌ．３０，１９９０，第５１４頁）に記載されているような、圧縮器からの循環フローを直接的に或いはバルブを通じてパルス管１，２の温端部にそれぞれ接続するオリフィス１１，１３と、パルス管１とバッファ容積１５との間のガスの流速を制御するオリフィス１２と、パルス管２とバッファ容積１６との間のガスの流速を制御するオリフィス１４とから成る二重オリフィス制御が示されている。他の構成部材は図１におけると同一の識別番号を有する。
【００２７】
図３ｂは、真空によって囲繞された従来的な二段４Ｋ（ケルビン）ＧＭ型パルス管を示している。図３ａは、そのようなシステムに関して典型的な温度プロフィールを示している。
【００２８】
パルス管と第一段再生器との間の温度差は第二段温度差よりも大きいが、ヘリウムはより濃厚である故に、ヘリウム充填ネック管内の対流損失は第一段よりも第二段でより顕著であり、よって、質量循環速度はより大きい。さらに、入力電力に関して、４Ｋでの０．１Ｗの損失は４０Ｋでの１．１Ｗの損失と等しい。
【００２９】
図４は二段同軸パルス管１０２を示している。同等番号は図１及び２内の同等部材を参照している。第一段パルス管２０及び第二段パルス管２１は、第一段内のパルス管と両段内のパルス管及び再生器との間の熱損失を減少するのに役立つ低熱伝導率を有する重壁管を用いている。コットン、リネン、又は、ガラス布強化を備えるプラスチック材料は良い選択である。
【００３０】
本発明の１つの好適実施態様では、ガラス布を用いる。ガラス布は他の織物と同等の熱伝導率を有さないが、それは最良の寸法安定性及び強度を有する。さらなる実施態様では、絶縁をもたらすよう真空が介装された２つの薄壁ステンレス鋼管が用いられる。
【００３１】
本発明の１つの目的は、膨張器によってＭＲＩ低温槽に伝達される振動を低減することである。これは重壁パルス管の利用を通じて達成される。それらが常に圧縮されているならば、これらは振動を著しく低減する。本実施態様は、冷凍工程に特有の圧力循環に起因するパルス管及び再生器の伸張を排除する。機械的振動が低減されるのみならず、第二段再生器内の希土類再生器材料の動作に起因する磁界の外乱も低減される。希土類材料の温度循環の故に、磁気的外乱は依然として発生する。
【００３２】
図５は二段同軸パルス管１０３の概略図であり、そこでは、パルス管及び再生器の温度プロフィールのより良好な調和をもたらすよう、スペーサが再生器の端部に挿入されている。同等番号は図１、２、及び、４内の同等部材を参照している。インサート３０，３１が再生器３の温端部及び冷端部のそれぞれに示されている。同様に、インサート３２，３３が再生器４の温端部及び冷端部のそれぞれに示されている。
【００３３】
真空内で動作する従来的なパルス管では、パルス管及び再生器の長さ及び直径を互いに殆ど独立して最善化し得る。しかしながら、同軸設計におけるパルス管と再生器との間の内部熱伝達は、設計の際に他の要因が検討されなければならないことを意味する。インサートの使用は同軸パルス管の設計を最善化するための重要な選択肢を提供する。
【００３４】
図６は二段階同軸パルス管１０４の概略図であり、そこでは、図５内のスペーサ３１，３３が環状ガス通路３４，３５によってそれぞれ置換されている。同等番号は前の図５内の同等部材を参照している。パルス管１内の中心にある第二段パルス管２の温端部にあるインサート３６は、二段パルス管の温端部での温度プロフィールのより良好な調和を得るための手段を提供する。
【００３５】
図７は二段階同軸パルス管１０５の概略図であり、そこでは、内部構成部材はスリーブ内に挿入されるカートリッジとして組み立てられている。同等番号は前図面中の同等部材を参照している。取外し可能なカートリッジ４３に含まれる部材は、第一段パルス管１と、再生器３と、フロースムーザ５，７と、第二段パルス管２と、再生器４と、フロースムーザ６，８とを含む。カートリッジ４３は、組立体の長さに亘ってガス密封止をもたらすが冷端部ではもたらさない薄壁シェルを有する。外部シェル４０がパルス管温フランジ５１から第二段熱ステーション１０に延びている。封止４１，４２によって、ガスがカートリッジ４３とシェル４０との間から流れることが防止されている。フロースムーザ５，９の一体的部分である熱伝達面間の緊密な間隙によって、熱はシェル４０の一部である熱ステーション９から伝達される。ガスが再生器４とフロースムーザ６との間を流れるとき、ガスは熱ステーション内のスロットを通じて流れる。
【００３６】
この設計の利点は、第二段再生器４の充填を単純化し、且つ、保守のために容易なアクセスをもたらすことである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ＭＲＩ低温槽のネック管内に取り付けられた二段階同軸パルス管を示す本発明の概略図であり、それはヘリウムガスで囲繞され、遮蔽剤を冷却するよう４０Ｋの熱ステーションと、約４Ｋにあるヘリウム再凝縮器とを有する。
【図２】本発明に従った二段階パルス管を示す概略図であり、二段階パルス管及び再生器は同軸であるが、第一段は別個で且つ平行なパルス管及び再生器が状態の従来的な配置を有する。Ｚｈｕによる二重オリフィス制御が示されている。圧縮器への接続は、ＧＭ循環操作による再生器へのフローを切り替える主バルブを通じて、或いは、スターリング循環操作による直接的に、のいずれかであり得る。
【図３】ａは、真空によって囲繞される従来的な二段４Ｋ  ＧＭ型パルス管に関して典型的な温度プロフィールを示すグラフであり、ｂは、真空によって囲繞される従来的な二段４Ｋ  ＧＭ型パルス管を示す概略図である。
【図４】パルス管の壁が厚肉である点を除き図１中の同軸パルス管と同一の配置を示す概略図である。
【図５】パルス管及び再生器の温度プロフィールのより良好な調和を得るためにスペーサが再生器の端部に挿入された二段階同軸パルス管を示す概略図である。
【図６】熱損失を低減するよう再生器に対するパルス管の温度プロフィールをシフトするための他の手段を示す概略図である。
【図７】内部構成部材が、別個のシェルに差し込まれるカートリッジ内に収容された、二段同軸パルス管を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  第一段パルス管
２  第二段パルス管
３  第一段再生器
４  第二段再生器
５  フロースムーザ
６  フロースムーザ
７  フロースムーザ
８  フロースムーザ
９  第一段熱ステーション
１０  ヘリウム再凝縮器
１１  オリフィス
１２  オリフィス
１３  オリフィス
１４  オリフィス
１５  バッファ容積
１６  バッファ容積
２３  ガスポート
３０  インサート
３１  インサート
３２  インサート
３３  インサート
３４  環状ガス通路
３５  環状ガス通路
３６  インサート
４０  外部シェル
４１  封止
４２  封止
４３  カートリッジ
５０  バルブ／オリフィス／バッファ組立体
６０  外部ハウジング
６１  ネック管
６２  ガス状ヘリウム
６３  真空
６４  放射遮蔽板
６５  内部容器
６８  熱ステーション
１００  同軸パルス管膨張器
１０１  二段パルス管
１０２  二段同軸パルス管
１０３  二段同軸パルス管
１０４  二段同軸パルス管
１０５  二段同軸パルス管
【図１】
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【図２】
2006189245.tif 000004
【図３】
2006189245.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月13日(2006.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温槽のネック管の内部に取り付けられ、前記低温槽はヘリウム、水素、及び、ネオンの１つの蒸気を前記ネック内に有する、多段のパルス管膨張器であって、当該パルス管膨張器は、同軸である第一段を少なくとも有し、且つ、冷端部に再凝縮面を有する、パルス管膨張器。
【請求項２】
双方とも同軸である二段階を有する、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項３】
第二段は同軸であり、且つ、第一段は離間した平行な管を有する、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項４】
少なくとも第一段は前記低温槽内の熱遮蔽板に熱結合されている、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項５】
前記同軸パルス管は常に圧縮状態にある、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項６】
双方の同軸パルス管が常に圧縮状態にある、請求項２に記載のパルス管膨張器。
【請求項７】
前記再生器内の１つ又はそれ以上のスペーサ、ガス通路接続との物理的長さの差、直流フローの調節、及び、熱逃げ道によって、前記パルス管内の熱パターンが前記再生器に対してシフトされる、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項８】
前記同軸段階は、前記パルス管の外側に前記再生器を有する、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項９】
前記同軸第二段は、前記パルス管の外側に前記再生器を有し、前記同軸第一段は、第一段パルス管の中心に第二段パルス管を有し、前記第一段再生器は外側にある、請求項２に記載のパルス管膨張器。
【請求項１０】
前記パルス管は、前記ネック管から取り外し可能である、請求項１に記載のパルス管膨張器。
【請求項１１】
前記同軸パルス管は、前記ネック管に取り外し可能に係合されている、請求項２に記載のパルス管膨張器。
【請求項１２】
構成部材は、スリーブ内に挿入されるカートリッジとして組み立てられている、請求項２に記載のパルス管膨張器。